(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の界磁極と、前記界磁極を磁化するための界磁巻線とを有し、エンジンにより駆動される回転子と、
固定子巻線が巻装され、前記回転子の界磁極に対向配置される固定子と、
前記固定子巻線で発生する交流電力をバッテリ及び電気負荷に直流電力として給電するために整流する整流器と、
前記界磁巻線に並列に接続される還流素子と、
前記整流器から出力される出力電圧と前記バッテリを充電するために設定される調整電圧とを比較する比較手段と、前記界磁巻線と直列に接続されたスイッチ手段とを有し、前記比較手段の比較結果に基づいて前記スイッチ手段を断続制御することにより、前記出力電圧を前記調整電圧に制御する電圧制御装置と、を備える車両用発電機において、
前記電圧制御装置は、
前記バッテリの使用温度に対応した前記調整電圧の第１温度特性と、前記バッテリの使用温度にかかわらず車両用発電機自身の温度が過熱状態に至っている場合に前記調整電圧を低下させて前記過熱状態を回避するための前記調整電圧の第２温度特性とを有し、前記調整電圧を設定する調整電圧温度特性設定手段と、
車両用発電機の回転数を検出し、所定回転数以下で前記第２温度特性を無効にし、前記第２温度特性にしたがった調整電圧よりも高い第１の調整電圧に、前記調整電圧温度特性設定手段によって設定される前記調整電圧を切り替える温度特性切替手段と、を備え、
車両用発電機の最大出力電流は、前記回転数が前記所定回転数よりも高いときに前記出力電圧に比例し、前記回転数が前記所定回転数よりも低いときに前記出力電圧に反比例する出力電圧依存性を有しており、
前記所定回転数は、前記出力電圧依存性をもたない回転数に設定されていることを特徴とする車両用発電機。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１の調整電圧は、前記第１温度特性に基づいた調整電圧であることを特徴とする車両用発電機。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記所定回転数は、エンジンのアイドル回転数に相当する回転数よりも高く設定されていることを特徴とする車両用発電機。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかにおいて、
前記第２温度特性は、負の温度勾配を有することを特徴とする車両用発電機。
【請求項５】
請求項４において、
前記第２温度特性は、前記第１温度特性よりも大きな負の温度勾配を有することを特徴とする車両用発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、乗用車やトラック等に搭載される車両用発電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両用発電機はエンジンブロックに搭載されるが、近年、エンジンルームの高密度化で放熱性が低下し、温度環境は厳しくなっている。このような状況において車両用発電機自身の温度の過度の上昇に対する防止策が必要になってきている。このような防止策としての従来技術としては、車両用発電機の温度が所定温度になったときに出力電流を抑制して車両用発電機の温度を許容限度内に抑える方法が提案されている（例えば、特許文献１−３参照。）
その中で、限界使用温度以上の領域で調整電圧に負の温度勾配特性を持たせて車両用発電機の出力電圧を低下させ、車両用発電機から電気負荷への供給電圧を減少させて発熱量を下げる試みがなされている。
【０００３】
また、燃費向上のために低アイドル化がすすめられており、車両用発電機の低速回転域では、車両用発電機の出力電圧依存性により、出力電圧が低下すると出力電流が増加する現象があり（例えば、特許文献４参照。）、出力電圧低下によって車両用発電機の温度が上昇してしまう回転域が存在する。これは、固定子巻線の抵抗成分とそこに流れる電流による電力消費が熱となったり、また、三相交流を整流するための整流器にはＰ型とＮ型の半導体で形成されるダイオードが用いられ、そのＰＮジャンクションに生じる順方向電圧ドロップによる電力消費が熱となって車両用発電機の温度を上昇させてしまうからである。
【０００４】
したがって、この領域での過度の温度上昇防止のために設けられた負の温度勾配をもった調整電圧では、高温環境下で出力電圧が下がると、出力電流の増加→車両用発電機の温度上昇→調整電圧の低下→出力電流の増加→車両用発電機の温度上昇→・・・と悪循環に陥ってしまい、車両用発電機の過度の温度上昇を有効に防止することができないことになる。特に、車両用発電機の温度が上昇し、調整電圧が低くなると、車両用発電機の出力電圧低下によって前照灯などの照度低下が著しくなるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平８−９５６７号公報
【特許文献２】特表平３−５０２８７３号公報
【特許文献３】特表平６−５０５６２２号公報
【特許文献４】特開２００２−１７０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みて創作されたものであり、その目的は、高温環境下で過度の温度上昇を防止する際に照明機器の照度低下への影響を改善することができる車両用発電機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決するために、本発明の車両用発電機は、複数の界磁極と、界磁極を磁化するための界磁巻線とを有し、エンジンにより駆動される回転子と、固定子巻線が巻装され、回転子の界磁極に対向配置される固定子と、固定子巻線で発生する交流電力をバッテリ及び電気負荷に直流電力として給電するために整流する整流器と、界磁巻線に並列に接続される還流素子と、整流器から出力される出力電圧とバッテリを充電するために設定される調整電圧とを比較する比較手段と、界磁巻線と直列に接続されたスイッチ手段とを有し、比較手段の比較結果に基づいてスイッチ手段を断続制御することにより、出力電圧を調整電圧に制御する電圧制御装置とを備えている。電圧制御装置は、バッテリの使用温度に対応した調整電圧の第１温度特性と、バッテリの使用温度にかかわらず車両用発電機自身の温度が過熱状態に至っている場合に調整電圧を低下させて過熱状態を回避するための調整電圧の第２温度特性とを有し、調整電圧を設定する調整電圧温度特性設定手段と、車両用発電機の回転数を検出し、所定回転数以下で第２温度特性を無効にし、第２温度特性にしたがった調整電圧よりも高い第１の調整電圧に、調整電圧温度特性設定手段によって設定される調整電圧を切り替える温度特性切替手段とを備えている。
【０００８】
所定回転数以下では、車両用発電機の発電能力以上の電気負荷を接続した場合に、車両用発電機の出力電圧依存性により、出力電圧低下に伴って出力電流が増し、固定子巻線の抵抗成分による発熱や整流器の整流作用による発熱が増し、車両用発電機自身の温度が上昇してしまう回転領域が存在する。車両用発電機の出力電圧を調整する調整電圧設定値が、電圧制御装置に内蔵される過度の温度上昇防止のための調整電圧の第２の温度特性に移行しないように、第２温度特性による調整電圧よりも高い第１の調整電圧にして電圧回復を優先させることにより、特に、夜間のアイドル運転から低速走行時における照明機器の照度の安定化を図ることができる。また、電気負荷投入時のバッテリ電圧の回復が早められ、車両用発電機の出力端子の低くなった電圧が元の電圧へ復帰し、出力電流の減少（出力電圧依存性による減少）が早まることから、固定子や整流器での電力消費が少なくなり、これらによる発熱を抑えることができる。
【０００９】
また、上述した車両用発電機の最大出力電流は、回転数が所定回転数よりも高いときに出力電圧に比例し、回転数が所定回転数よりも低いときに出力電圧に反比例する出力電圧依存性を有しており、所定回転数は、出力電圧依存性をもたない回転数に設定されている。このように所定回転数を設定することにより、出力電圧依存性に伴う照明機器の照度低下や固定子や整流器における発熱等の弊害を確実に防止することができる。
【００１０】
また、上述した第１の調整電圧は、第１温度特性に基づいた調整電圧であることが望ましい。これにより、バッテリ充電のための調整電圧設定用の第１温度特性を利用することができ、構成の簡略化が可能となる。
【００１１】
また、上述した所定回転数は、エンジンのアイドル回転数に相当する回転数よりも高く設定されていることが望ましい。これにより、アイドル回転数を所定回転数に相当する回転数よりも低く設定するエンジンに対応することができ、低アイドルによる低燃費車両に適用することが可能となる。
【００１２】
また、上述した第２温度特性は、負の温度勾配を有することが望ましい。特に、第２温度特性は、第１温度特性よりも大きな負の温度勾配を有することが望ましい。万一、車両用発電機が過熱状態で発電を継続するような場合に、車両用発電機の過度の温度上昇防止のための負の温度勾配をもった第２温度特性で調整電圧を減衰させて発電量を抑制し、車両用発電機自身を過熱状態から保護するとともに、過熱状態継続時の低い調整電圧でバッテリ充電およびその他の電気負荷への電力供給を継続し、搭載電気機器の安定動作を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】一実施形態の電圧制御装置の構成を示す図である。
【図２】調整電圧温度特性設定回路によって生成する調整電圧と電圧制御装置の温度との関係を示す図である。
【図３】調整電圧温度特性の変形例を示す図である。
【図４】調整電圧温度特性の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を適用した一実施形態の電圧制御装置について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明を適用した一実施形態の電圧制御装置の構成を示す図であり、あわせてこの電圧制御装置と車両用発電機やバッテリ、電気負荷との接続状態が示されている。
【００１５】
図１において、車両用発電機１は、界磁巻線１１、固定子巻線１２、整流器１３、電圧制御装置２を含んで構成されている。界磁巻線１１は、複数の界磁極（図示せず）を磁化するためのものであって、界磁極に巻装されて回転子を構成し、通電されることで磁界を発生する。
【００１６】
固定子巻線１２は、多相巻線（例えば、三相巻線）であって、回転子の界磁極に対向配置された固定子鉄心（図示せず）に巻装されて固定子を構成している。この固定子巻線１２は、界磁巻線１１の発生する磁界の変化によって起電力を発生する。固定子巻線１２に誘起される交流出力が整流器１３に供給される。また、固定子巻線１２の一相が電圧制御装置２のＰ端子に接続されており、固定子巻線１２の一相分の交流出力がＰ端子に入力される。
【００１７】
整流器１３は、固定子巻線１２で発生する交流電力をバッテリ３及び電気負荷４等に直流電力として給電するために固定子巻線１２の交流出力を全波整流する。この整流器１３の出力が車両用発電機１の出力として外部に取り出され、バッテリ３や電気負荷４、前照灯７あるいはその他の電気負荷に供給される。
【００１８】
車両用発電機１の出力は、エンジン（図示せず）によって回転駆動される回転子の回転数や出力電圧あるいは界磁巻線１１に流れる界磁電流に応じて変化する。この出力電圧や界磁電流は、電圧制御装置２によって制御される。
【００１９】
電圧制御装置２は、電源回路２１、調整電圧制御回路２２、スイッチ素子２３、還流ダイオード２４、温度特性切替回路２５を含んで構成されている。
【００２０】
電源回路２１は、ＩＧ（イグニッション）端子に接続され、キースイッチ６を介してバッテリ３に接続されている。電源回路２１は、キースイッチ６がオンされると動作し、電圧制御装置２内の各回路を構成する各素子に電源電圧（動作電圧）Ｖccを供給する。
【００２１】
調整電圧制御回路２２は、車両用発電機１の出力電圧が入力され、出力段の電圧比較器２２１の出力端子がスイッチ素子２３に接続されている。調整電圧制御回路２２の詳細については後述する。
【００２２】
スイッチ素子２３は、パワートランジスタを用いて構成されており、ゲートが電圧比較器２２１の出力端子に接続され、ドレインが還流ダイオード２４を介して車両用発電機１の出力端子（Ｂ端子）に接続され、ソースがＥ端子に接続されて車両用発電機１のＥ端子（フレーム）を介してエンジンブロック（図示せず）にて接地されている。また、スイッチ素子２３は、ドレインがＦ端子を介して界磁巻線１１に接続されており、オンされると界磁巻線１１に電流が流れ、オフされるとこの電流の供給が停止される。
【００２３】
還流ダイオード２４は、界磁巻線１１と並列に接続されており、スイッチ素子２３がオフされたときに界磁巻線１１に流れる電流を還流させる。温度特性切替回路２５は、入力端子がＰ端子に接続され、出力端子が調整電圧制御回路２２内の調整電圧温度特性設定回路２２４に接続されている。
【００２４】
調整電圧制御回路２２は、電圧比較器２２１、抵抗２２２、２２３、調整電圧温度特性設定回路２２４を含んで構成されている。電圧比較器２２１のマイナス入力端子には、車両用発電機１のＢ端子電圧を検出するために、このＢ端子電圧が抵抗２２２、２２３で分圧された入力電圧Ｖ１が入力されている。また、プラス入力端子には、Ｂ端子電圧を所定電圧に調整するための調整電圧に対応する基準電圧Ｖ２が入力されている。調整電圧温度特性設定回路２２４は、発電制御装置２の温度を検出し、この検出した温度に基づいて基準電圧Ｖ２を生成する。
【００２５】
図２は、調整電圧温度特性設定回路２２４によって生成する調整電圧Ｖ２と電圧制御装置２の温度との関係を示す図である。図２に示すように、調整電圧温度特性設定回路２２４によって生成される調整電圧Ｖ２と温度との関係（調整電圧温度特性）は以下のようになっている。
（発電機回転数ＮALTがＮ１以下のとき）
実線で示すＡ特性（第１温度特性）、例えば±０ｍＶ／°Ｃ〜−１０ｍＶ／°Ｃ
（発電機回転数ＮALTがＮ１よりも大きいとき）
電圧制御装置２の温度ＴがＴ２以下のとき：実線で示すＡ特性
電圧制御装置２の温度ＴがＴ２よりも高いとき：一点鎖線で示す負の温度勾配を有するＢ特性（第２温度特性）、例えば−１００ｍＶ／°Ｃ〜−２００ｍＶ／°Ｃ
上述したＡ特性は、バッテリ３の使用温度に対応した調整電圧の温度特性である。なお、本実施形態では、バッテリ３の温度を検出する代わりに、バッテリ３の温度と相関がある電圧制御装置２の温度を検出してバッテリ３の温度として用いている。また、Ｂ特性は、バッテリ３の使用温度にかかわらず車両用発電機１自身の温度が過熱状態に至っている場合に調整電圧を低下させてこの過熱状態を回避するための調整電圧の温度特性である。
【００２６】
また、回転数Ｎ１は、出力電圧依存性（車両用発電機１の最大出力電流が、回転数がＮ１よりも高いときに出力電圧に比例し、回転数がＮ１よりも低いときに出力電圧に反比例する特性）をもたない回転数であって、エンジンのアイドル回転数に相当する回転数よりも高い値に設定されている。
【００２７】
温度特性切替回路２５は、固定子巻線１２に発生する矩形波電圧をＰ端子から取り込み、発電機回転数ＮALTを検出する。また、温度特性切替回路２５は、検出した発電機回転数ＮALTを所定回転数Ｎ１（例えば２０００ｒｐｍ、エンジン回転数に換算したときにアイドル時に相当するエンジン回転数と走行時に相当するエンジン回転数の間となるように設定されている）と比較し、ＮALTがＮ１以下のときにＬ信号（ローレベルの信号）を、ＮALTがＮ１よりも高いときにＨ信号（ハイレベルの信号）を調整電圧温度特性設定回路２２４に向けて出力する。
【００２８】
上述した還流ダイオード２５が還流素子に、調整電圧温度特性設定回路２２４が調整電圧温度特性設定手段に、温度特性切替回路２５が温度特性切替手段にそれぞれ対応する。
【００２９】
本実施形態の電圧制御装置２はこのような構成を有しており、次にその動作を説明する。キースイッチ６がオンされると、電圧制御装置２内の電源回路２１で作られた一定の動作電圧で各素子がバイアスされ、各回路が動作を開始する。
【００３０】
調整電圧制御回路２２の電圧比較器２２１では、入力電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ２よりも低いので、出力がハイレベルになる。したがって、スイッチ素子２３はオンとなり、界磁巻線１１に初期励磁電流が供給される。初期励磁電流により、界磁極の磁化力が強くなる。
【００３１】
その後、スタータ（図示せず）によってエンジンを始動させることにより車両用発電機１の回転子が回転され、固定子巻線１２に発生する電圧（発電電圧）が大きくなる。さらに発電電圧が上昇し、車両用発電機１のＢ端子電圧を検出する入力電圧Ｖ１が基準電圧Ｖ２（常温Ｔ１（図２）における調整電圧ＶＢ＝１４Ｖ相当の電圧）に達すると、電圧比較器２２１の出力はローレベルに変化する。したがって、スイッチ素子２３はオフとなり、界磁電流を減少させる。このような制御を繰り返して、車両用発電機１のＢ端子電圧は、第１の調整電圧（例えばＶＢ＝１４Ｖ）に調整される。
【００３２】
エンジン始動後であって車両走行前の状態では、電圧制御装置２の温度ＴがＴ２以下の温度範囲では、調整電圧温度特性設定回路２２４によって図２に示されるＡ特性に対応する基準電圧Ｖ２が生成され、Ａ特性に対応する調整電圧で車両用発電機１が制御される。
【００３３】
次に、車両走行時（Ｎ１＜ＮALT）に、電圧制御装置２の温度ＴがＴ２よりも高いときの動作について説明する。温度特性切替回路２５は、発電機回転数ＮALTがＮ１よりも高いとＨ信号を出力し、調整電圧温度特性設定回路２２４で生成される基準電圧Ｖ２の特性をＢ特性に切り替える。
【００３４】
ところで、エンジンルーム内に搭載されたエンジンや補機類の動作で上昇する雰囲気温度は、ラジエータやファンなどの冷却装置を使って許容範囲を超えないように抑えられている。しかし、冷却装置の故障などでエンジンルーム内の温度が許容範囲を超えて上昇すると車両用発電機１の吸気温が上昇し、車両用発電機１に内蔵された冷却ファンでは、車両用発電機１自らの発電による固定子、回転子、整流器１３、電圧制御装置２（特にスイッチ素子２３）からの発熱（温度上昇）を放熱しきれなくなり、車両用発電機１が過熱状態を維持しながら動作することになる。
【００３５】
このような場合に、電圧制御装置２の高い温度に対応して調整電圧を急激に減衰させるＢ特性を用いてバッテリ３への充電電圧を下げることで、車両用発電機１の発電電流を抑え、発熱を抑えつつバッテリ３への充電をまかなうようになっている。
【００３６】
次に、アイドル付近（ＮALT≦Ｎ１）で発電制御装置２の温度ＴがＴ２よりも高くなったときの動作について説明する。
【００３７】
温度特性切替回路２５は、発電機回転数ＮALTがＮ１以下のときにＬ信号を出力し、調整電圧温度特性設定回路２２４の特性をＡ特性に切り替える。電圧制御装置２の温度ＴがＴ２よりも高いときに調整電圧がＢ特性のままだと、車両用発電機１の最大出力電流は出力電圧の大きさに依存する性質（出力電圧依存性）を有し、出力電圧が低くなると最大出力電流が増大する状況が生じる。このため、この最大出力電流の増大により、車両用発電機１の固定子や整流器１３の温度が上昇し、発電制御装置２の調整電圧は、Ｂ特性にしたがってさらに低下してしまう。そして、車両用発電機１の出力電圧は、低下した調整電圧に維持される。つまり、前照灯７などの照明機器への印加電圧が低下するため、これらの照度も低下してしまうことになる。
【００３８】
このような事態を回避するために、本実施形態では、エンジンのアイドル回転付近（例えば、渋滞走行時）の発電機回転数ＮALTがＮ１以下のときに、発電制御装置２の温度ＴがＴ２よりも高い場合であってもＢ特性を無効にしてＡ特性による調整電圧（第１の調整電圧）の制御を維持している。
【００３９】
Ｎ１以下の低い回転域において、調整電圧を急激に低下させる温度特性（Ｂ特性）をやめ、バッテリ３充電のための温度特性（Ａ特性）にすることで、前照灯７などの照明機器の照度低下を抑えることができる。また、電気負荷４や前照灯７等の各種電気負荷を投入した際のバッテリ電圧の回復が早められ、車両用発電機１の低下した出力電圧が元の電圧へと高められ、出力電流の減少（出力電圧依存性による減少）が早まることから、固定子や整流器１３での電力消費が少なくなり、これらによる発熱が抑えられる。言い換えると、このような切替制御を行うことで、Ｎ１以下の低い回転域で、バッテリ電圧低下による照明機器の照度低下を改善しつつ、車両用発電機１の発熱も抑えることができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形実施が可能である。例えば、上述した実施形態では、図２に示したようにＡ特性とＢ特性のそれぞれの負の温度特性は直線的なものを例にとって説明したが、Ａ特性とＢ特性の境界を、温度上昇に応じて階段的（図３）または曲線的（図４）に調整電圧を下げてＡ特性からＢ特性に切り替えるようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、夜間のアイドル運転から低速走行時における照明機器の照度の安定化を図ることができる。また、電気負荷投入時のバッテリ電圧の回復が早められ、車両用発電機の出力端子の低くなった電圧が元の電圧へ復帰し、出力電流の減少（出力電圧依存性による減少）が早まることから、固定子や整流器での電力消費が少なくなり、これらによる発熱を抑えることができる。
【符号の説明】
【００４２】
１  車両用発電機
２  電圧制御装置
３  バッテリ
４  電気負荷
５、８  負荷スイッチ
６  キースイッチ
７  前照灯
１１  界磁巻線
１２  固定子巻線
１３  整流器
２１  電源回路
２２  調整電圧制御回路
２３  スイッチ素子
２４  還流ダイオード
２５  温度特性切替回路
２２１  電圧比較器
２２２、２２３  抵抗
２２４  調整電圧温度特性設定回路
【図１】
0005402585.tif 000002
【図２】
0005402585.tif 000003
【図３】
0005402585.tif 000004
【図４】
0005402585.tif 000005